FR2760398A1 - METHOD FOR PRODUCING PRECISION HOLLOW PIECES OF COMPOSITE MATERIAL - Google Patents
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Abstract
L'invention propose un procédé de réalisation de pièces creuses (1) en matériau composite comportant des fibres de 5 renfort noyées dans une matrice de résine organique polymérisée à chaud. Un tel procédé est remarquable en ce qu'on drappe au moins une couche de fibres de renfort préimprégnées de résine (15, 16) autour de noyaux (10) en élastomère-silicone, et en ce que l'ensemble est ensuite . moulé avec simultanément une compression centrifuge et une comrpession centripète obtenues conjointement par la dilatation thermique des noyaux (10) et par le rapprochement des parois (22, 27) du moule (20) .The invention proposes a method for producing hollow parts (1) in composite material comprising reinforcing fibers embedded in a matrix of hot-polymerized organic resin. Such a method is remarkable in that at least one layer of reinforcing fibers preimpregnated with resin (15, 16) is draped around the cores (10) of elastomer-silicone, and in that the assembly is then. molded simultaneously with centrifugal compression and centripetal compression obtained jointly by the thermal expansion of the cores (10) and by the bringing together of the walls (22, 27) of the mold (20).
Description
PROCEDE DE REALISATION DE PIECES CREUSES DE PRECISION ENMETHOD FOR PRODUCING PRECISION HOLLOW PIECES
MATERIAU COMPOSITECOMPOSITE MATERIAL
L'invention se rapporte aux procédés de réalisation de pièces creuses en matériau composite stratifié comportant des fibres de renfort noyées dans une matrice de résine organique polymérisée, et plus particulièrement aux procédés adaptés à la réalisation de pièces aux caractéristiques élevées en The invention relates to processes for producing hollow parts made of laminated composite material comprising reinforcing fibers embedded in a matrix of polymerized organic resin, and more particularly to processes suitable for producing parts with high characteristics in terms of
résistance, précision et tenue en température. resistance, precision and temperature resistance.
Les matériaux composites stratifiés comportant des fibres de renfort noyées dans une matrice de résine polymérisée sont appréciés notamment dans l'aéronautique pour leur excellent rapport résistance/masse et tendent lorsque cela est possible à remplacer les alliages métalliques, notamment dans le cas de pièces composées de parois minces obtenues The laminated composite materials comprising reinforcing fibers embedded in a polymerized resin matrix are particularly appreciated in aeronautics for their excellent strength / mass ratio and tend when possible to replace metal alloys, particularly in the case of parts composed of thin walls obtained
traditionnellement par fonderie ou chaudronnerie. traditionally by foundry or boilermaking.
On cherche à réaliser ainsi des pièces de turbomachine et notamment de turbomoteur pour aéronef, par exemple des bras de carter de compresseur basse pression ou des aubes creuses de compresseur basse pression qui sont composées de parois minces formant et entourant des cavités débouchantes, c'est à dire non complètement fermées. Ces pièces doivent être monobloc, afin d'éviter les zones d'assemblage génératrices de faiblesses. Ces pièces doivent aussi être précises avec un bon état de surface pour éviter les reprises d'usinage. Ces pièces doivent résister aux températures élevées et doivent avoir un prix de revient comparable ou inférieur aux pièces It is sought thereby to produce turbomachine parts and in particular aircraft turbine engines, for example low pressure compressor housing arms or low pressure compressor hollow blades which are composed of thin walls forming and surrounding through cavities, it is to say not completely closed. These parts must be monobloc, to avoid assembly areas generating weaknesses. These parts must also be precise with a good surface finish to avoid reworking. These parts must withstand high temperatures and must have a cost price comparable to or lower than the parts
métalliques équivalentes.metallic equivalent.
On connait le procédé "resin transfert molding" ou RTM consistant à disposer des fibres de renfort dans un moule à la forme de la pièce finie, à injecter de la résine très liquide sous pression dans le moule et à polymériser la résine maintenue sous pression. Ce procédé permet d'obtenir des pièces précises et résistantes avec des formes très variées. Cependant, les résines employées n'ont pas une bonne résistance en température, ce qui limite l'utilisation du The "resin transfer molding" or RTM process consists in arranging the reinforcing fibers in a mold in the form of the finished part, injecting very liquid resin under pressure into the mold and polymerizing the resin kept under pressure. This process makes it possible to obtain precise and resistant parts with very varied shapes. However, the resins employed do not have a good temperature resistance, which limits the use of the
procédé aux pièces devant rester froides. process to parts to stay cold.
Les résines résistants aux températures plus élevées ne présentent pas une fluidité suffisante avant polymérisation. De de fait, il faut pour réaliser des pièces creuses stratifiées avec ces résines: - préimprégner des nappes de tissus ou de fibres avec la résine, - constituer un noyau éventuellement susceptible d'être détruit, - entourer le noyau par une vessie gonflable en élastomère, - draper, c'est à dire disposer autour de l'ensemble noyau + vessie les nappes de tissus ou de fibres préimprégnées, constituant ainsi la matière composite, - mettre l'ensemble noyau + vessie + matière composite dans un moule à la forme extérieure de la pièce finie, - gonfler la vessie, - polymériser la résine, - dégonfler la vessie et démouler, - retirer ou détruire le noyau, Resins resistant to higher temperatures do not have sufficient fluidity before polymerization. De facto, it is necessary to make hollow parts laminated with these resins: - prepreg plies of fabrics or fibers with the resin, - to constitute a nucleus possibly capable of being destroyed, - to surround the nucleus by an inflatable bladder made of elastomer - drape, that is to say arrange around the core + bladder layers of fabrics or pre-impregnated fibers, thus constituting the composite material, - put the whole core + bladder + composite material in a mold to the shape outer part of the finished part, - inflate the bladder, - polymerize the resin, - deflate the bladder and unmold, - remove or destroy the core,
- retirer la vessie.- remove the bladder.
Dans ce procédé, le gonflage de la vessie permet simultanément de: plaquer la matière composite contre la paroi du moule, - comprimer et faire fluer la matière composite pour réduire les porosités provenant des bulles d'air emprisonnées entre les nappes de fibres ainsi que des émissions gazeuses de la résine pendant la polymérisation, chasser la résine en excès et augmenter ainsi la densité de fibre. Une compression de In this method, inflation of the bladder simultaneously: press the composite material against the wall of the mold; - compress and flow the composite material to reduce the porosities from the air bubbles trapped between the fiber webs as well as gaseous emissions of the resin during the polymerization, drive off the excess resin and thereby increase the fiber density. A compression of
% de l'épaisseur de la paroi est habituellement effectuée. % of the wall thickness is usually done.
On comprend qu'avec un tel procédé, seule la surface de la It is understood that with such a method, only the surface of the
pièce au contact de la paroi du moule est précise et lisse. piece in contact with the wall of the mold is precise and smooth.
La surface au contact de la vessie est au contraire irrégulière et rugueuse et suit les hétérogénéités inévitables du drapage des fibres de renfort. Réciproquement, on pourrait imaginer de comprimer la matière composite sur le noyau, mais cette solution provoquerait un plissement inacceptable des fibres de renfort, ce plissement réduisant The surface in contact with the bladder is on the contrary irregular and rough and follows the inevitable heterogeneities of the draping of the reinforcing fibers. Reciprocally, one could imagine compressing the composite material on the core, but this solution would cause an unacceptable folding of the reinforcing fibers, this folding reducing
la résistance de la pièce.the resistance of the piece.
Un premier problème est en conséquence d'obtenir, à partir de fibres ou de tissus préimprégnés, des pièces creuses de forme variables dont les surfaces intérieures et extérieures sont A first problem is therefore to obtain, from fibers or pre-impregnated fabrics, hollow pieces of variable shape whose inner and outer surfaces are
précises et lisses, sans plissement des fibres de renfort. precise and smooth, without wrinkling of the reinforcing fibers.
Lorsque les cavités débouchent sur l'extérieur par des ouvertures trop petites, ce qui est souvent le cas, les noyaux ne peuvent être éliminés que par la destruction de la matière qui les compose. On commercialise pour se faire des matériaux moulables à la forme désirée qui peuvent ensuite être dissous à l'eau ou avec un solvant après que la pièce ait été moulée. De tels noyaux ne conviennent cependant pas dans le cas présent, car l'obtention de surfaces intérieures précises exigerait la compression centripète de la matière composite sur le noyau avec les inconvénients précédemment décrits. Un second problème est en conséquence d'éliminer les When the cavities open to the outside through openings too small, which is often the case, the nuclei can be eliminated only by the destruction of the material that composes them. Marketable to make moldable materials to the desired shape which can then be dissolved with water or with a solvent after the piece has been molded. Such cores, however, are not suitable in the present case, because obtaining precise inner surfaces would require centripetal compression of the composite material on the core with the disadvantages described above. A second problem is therefore to eliminate the
noyaux après le moulage de la pièce. cores after molding the piece.
Un frein à l'utilisation de tels matériaux composites est le coût de production élevé des pièces par rapport à des pièces équivalentes en alliages métalliques. Ce coût élevé provient notamment des nombreuses manipulations requises pour la fabrication. Il convient en conséquence de ne pas augmenter A brake on the use of such composite materials is the high production cost of the parts compared to equivalent parts of metal alloys. This high cost comes in particular from the many manipulations required for manufacturing. It is therefore appropriate not to increase
la complexité du procédé de fabrication. the complexity of the manufacturing process.
L'invention propose un procédé de fabrication de pièces creuses en matériau composite stratifié réalisées à partir de fibres de renfort préimprégnées de résine organique polymérisable à chaud, lesdites pièces creuses comportant au moins une cavité, ledit procédé comportant les opérations essentielles suivantes: a) réalisation de noyaux à la forme des cavités de la pièce, b) drapage de la fibre préimprégnée autour des noyaux, c) disposition de l'ensemble noyaux + fibre préimprégnée dans un moule, The invention proposes a process for manufacturing hollow parts made of laminated composite material made from reinforcing fibers pre-impregnated with hot-polymerizable organic resin, said hollow parts comprising at least one cavity, said process comprising the following essential operations: a) production of cores in the shape of the cavities of the part, b) draping of the preimpregnated fiber around the cores, c) arrangement of the whole cores + fiber prepreg in a mold,
d) polymérisation à chaud, démoulage et retrait des noyaux. d) hot polymerization, demolding and removal of the cores.
Un tel procédé est remarquable en ce que: a) La compression de la matière composite s'effectue par le rapprochement des parois du moule vers les noyaux, afin de former simultanément les surfaces internes et externes de la pièce et de provoquer le fluage d'une quantité suffisante de résine pendant la polymérisation b) Les noyaux sont thermiquement expansibles en élastomère silicone afin de tendre les fibres de renfort pendant la Such a method is remarkable in that: a) The compression of the composite material is effected by bringing the walls of the mold closer to the cores, so as to simultaneously form the internal and external surfaces of the part and cause the creep of a sufficient quantity of resin during the polymerization b) The cores are thermally expandable silicone elastomer to stretch the reinforcing fibers during the
polymérisation et d'éviter leur plissement. polymerization and avoid their wrinkling.
Cette solution est rendue possible par le coefficient de dilatation thermique très élevé de l'élastomère silicone. Les élastomères de la famille silicone sont habituellement utilisés comme garnitures d'étanchéité pour des températures pouvant monter selon le cas et la durée de vie de la garniture à des températures de l'ordre de 250 C. Le procédé faisant l'objet de la présente invention exploite une caractéristique particulière de ces matériaux, à savoir un très fort coefficient de dilatation thermique voisin de This solution is made possible by the very high coefficient of thermal expansion of the silicone elastomer. The elastomers of the silicone family are usually used as seals for temperatures that can be mounted according to the case and the service life of the packing at temperatures of the order of 250 C. The process that is the subject of this invention exploits a particular characteristic of these materials, namely a very high coefficient of thermal expansion close to
400.10-6/ C.400.10-6 / C.
Les noyaux de l'invention constituant des corps solides, au contraire des ensembles constitués par un noyau et une vessie gonflable de l'art antérieur, ce qui leur permet d'imprimer leur forme et leur état de surface à la matière composite en The cores of the invention constituting solid bodies, unlike assemblies consisting of a core and an inflatable bladder of the prior art, which allows them to print their shape and surface condition to the composite material.
cours de polymérisation.course of polymerization.
La dilatation thermique des noyaux en élastomère silicone a aussi pour effet secondaire de repousser la matière composite contre les parois du moule, ce qui provoque une compression centrifuge limitée de ladite matière composite. Ceci permet de réduire la compression centripète effectuée par le rapprochement des parois du moule, et donc de réduire les The thermal expansion of the silicone elastomer cores also has the side effect of pushing the composite material against the walls of the mold, which causes a limited centrifugal compression of said composite material. This makes it possible to reduce the centripetal compression effected by bringing the walls of the mold closer together, and thus to reduce the
déformations infligées à la fibre pendant le moulage. deformations inflicted on the fiber during molding.
Si on appelle T1 la température de transition de la résine de l'état pateux à l'état solide, l'homme du métier donnera au noyau à cette température T1, ou à une température un peu inférieure à Tl, la forme et les dimensions de la cavité à obtenir, corrigée éventuellement de la dilatation thermique du composite polymérisé qui reste très faible, de l'ordre de 1.10-6/ C. Ceci a pour effet de donner auxdites cavités les If T1 is called the transition temperature of the resin from the pasty state to the solid state, the skilled person will give the core at this temperature T1, or at a temperature slightly lower than T1, the shape and dimensions of the cavity to be obtained, possibly corrected for the thermal expansion of the polymerized composite which remains very low, of the order of 1.10-6 / C. This has the effect of giving said cavities the
dimensions requises au départ du durcissement de la résine. dimensions required at the beginning of the hardening of the resin.
Les dimensions du noyau à froid seront ensuite calculées en appliquant sur les dimensions à chaud un coefficient correspondant à la dilatation thermique de l'élastomère silicone entre la température T1 et la température ambiante, l'élastomère étant lui-même habituellement obtenu par The dimensions of the cold core will then be calculated by applying to the hot dimensions a coefficient corresponding to the thermal expansion of the silicone elastomer between the temperature T1 and the ambient temperature, the elastomer being itself usually obtained by
polymérisation à froid.cold polymerization.
La dureté de l'élastomère n'est pas critique, l'homme du métier se contentant de choisir un élastomère de dureté suffisante, au moins égale à 30 shore A, pour que les déformations éventuelles du noyau restent compatibles avec la précision exigée de la pièce. En cas de besoin, il est possible d'augmenter la dureté d'un élastomère par une charge The hardness of the elastomer is not critical, the person skilled in the art merely choosing an elastomer of sufficient hardness, at least equal to 30 shore A, for the possible deformations of the core to remain compatible with the precision required of the piece. If necessary, it is possible to increase the hardness of an elastomer by a load
de microbilles, par exemple en verre. microbeads, for example glass.
Avantageusement on choisira un élastomère-silicone dont la température d'effritement T2 est inférieure à la température Advantageously, a silicone elastomer whose chipping temperature T2 is lower than the temperature will be chosen.
T3 de durcissement par polymérisation complète de la résine. T3 curing by complete polymerization of the resin.
Ceci a pour effet de désagréger le noyau d'élastomère silicone pendant le moulage sous l'effet de la température à la laquelle est portée la matière composite en cours de polymérisation. La matière composant le noyau peut alors être facilement retirée de la cavité après le moulage par un simple lavage à l'eau, voire un grattage ou un brossage ce This has the effect of disintegrating the silicone elastomer core during molding under the effect of the temperature at which is carried the composite material during polymerization. The material constituting the core can then be easily removed from the cavity after molding by simply washing with water, or even scraping or brushing it.
qui résoud le second problème.which solves the second problem.
Dans un mode de réalisation préféré, on choisira un élastomère-silicone dont la température d'effritement T2 est comprise entre T1 et T3. Cette disposition a pour effet de maintenir les noyaux à l'état solide tant que les cavités n'ont pas été formées aux dimensions requises, et de désagréger ensuite les noyaux alors que la matière composite est elle-même passée à l'état solide, afin de ne pas risquer In a preferred embodiment, a silicone elastomer will be chosen, the disintegration temperature T2 being between T1 and T3. This arrangement has the effect of maintaining the cores in the solid state until the cavities have been formed to the required dimensions, and then to break up the cores while the composite material is itself in the solid state, so as not to risk
de la fissurer.to crack it.
Avantageusement aussi on renforcera les noyaux par des barreaux en matériaux plus résistants, par exemple en alliage métallique, afin d'empêcher la déformation éventuelle des noyaux pendant le drapage ou le moulage. Avantageusement enfin, les barreaux de renfort déborderont du noyau et prendront appui dans le moule afin d'améliorer la précision du positionnement des noyaux dans le moule et par répercussion la précision du positionnement des cavités de la pièce. L'invention sera mieux comprise et les avantages qu'elle procure apparaitront plus clairement au vu d'un exemple Advantageously also the cores will be strengthened by bars of stronger materials, for example metal alloy, to prevent the possible deformation of the cores during draping or molding. Advantageously finally, the reinforcing bars will overflow the core and will support in the mold to improve the accuracy of the positioning of the cores in the mold and by repercussion the accuracy of the positioning of the cavities of the room. The invention will be better understood and the advantages it affords will appear more clearly in view of an example
détaillé de réalisation et des figures annexées. Detailed embodiment and accompanying figures.
La figure 1 illustre suivant une coupe transversale un bras de carter de compresseur basse pression de turbomoteur pour aéronef en cours de moulage. Par mesure de clarté, les épaisseurs du bras et des nappes de fibres ont été augmentées. La figure 2 illustre suivant une coupe longitudinale partielle selon AA l'extrémité de ce même bras de carter en FIG. 1 illustrates, in cross-section, a turbine engine low-pressure compressor casing arm for an aircraft being molded. For the sake of clarity, the thicknesses of the arm and the layers of fibers have been increased. FIG. 2 illustrates, in a partial longitudinal section along AA, the end of this same housing arm in FIG.
cours de moulage.molding course.
On se reportera en premier lieu à la figure 1. La pièce 1 est mince et allongée et comporte deux parties latérales ou flancs minces 2, 3 qui se rejoignent à l'extrémité arrière 4 ainsi qu'à l'extrémité avant 5. Au milieu de la pièce 1, une nervure 6 relie aussi les flancs 2 et 3 entre eux afin d'en augmenter la rigidité et d'augmenter aussi la rigidité de la pièce 1. Les flancs 2, 3 associés à la nervure 6 définissent deux cavités allongées 7. On référencera 8 les surfaces intérieures de la pièce 1 formant les cavités 7, et 9 les surfaces extérieures de ladite pièce 1. Pendant le moulage les cavités 7 sont formées chacune par un noyau 10 en élastomère de type silicone. Ces noyaux 10 étant longs et minces sont rigidifiés chacun par un barreau métallique 12 les traversant dans le sens de la longueur, lesdits barreaux ayant une section rectangulaire très applatie dont les bords 12a sont arrondis. Le noyau de silicone 10 est obtenu par extrusion avec une cavité 13 à la forme du barreau 11, suivie Referring firstly to FIG. 1, the piece 1 is thin and elongated and comprises two lateral parts or thin sides 2, 3 which meet at the rear end 4 as well as at the front end 5. In the middle of the piece 1, a rib 6 also connects the sides 2 and 3 between them to increase the rigidity and also increase the rigidity of the part 1. The sidewalls 2, 3 associated with the rib 6 define two elongated cavities 7. The inner surfaces of the part 1 forming the cavities 7 and the outer surfaces of said part 1 will be referenced 8. During the molding, the cavities 7 are each formed by a core 10 made of silicone elastomer. These cores 10 being long and thin are each stiffened by a metal bar 12 crossing them in the longitudinal direction, said bars having a very flat rectangular section whose edges 12a are rounded. The silicone core 10 is obtained by extrusion with a cavity 13 in the shape of the bar 11, followed by
d'une coupe à la longueur notée L sur la figure 2. of a section at the length denoted L in FIG.
On introduit ensuite le barreau 11 dans la cavité 13 du noyau , ce qui ne présente aucune difficulté du fait de l'élasticité même faible du noyau 10. On drape ensuite les noyaux 10 par une ou plusieurs couches de fibres préimprégnées de résine 15. On dispose ensuite les noyaux drappés 10 + 15 côte à côte et on drappe ensuite l'ensemble par une ou plusieurs couches de fibres préimprégnées de The rod 11 is then introduced into the cavity 13 of the core, which presents no difficulty because of the even small elasticity of the core 10. The cores 10 are then draped with one or more layers of resin prepreg fibers 15. then arranges the cores taped 10 + 15 side by side and then draping the assembly by one or more layers of preimpregnated fibers of
résine 16 de façon à constituer la pièce. resin 16 so as to constitute the piece.
On dispose alors l'ensemble 10 + 15 + 16 dans la partie femelle 21 d'un moule 20, la paroi du fond 22 ayant la forme de la surface extérieure du flanc 2 de la pièce 1, la paroi du fond 22 étant adjacente à deux parois latérales 23a, 23b, lesdites parois latérales 23a, 23b étant parallèles et se prolongeant par des parois latérales évasées respectivement 24a, 24b chacune adjacente à une surface d'appui respectivement 25a, 25b. Le moule 20 comporte aussi une partie mâle ou poinçon 26 dont l'extrémité 27 est une paroi à la forme de la surface extérieure du flanc 3 de la pièce 1, cette paroi 27 étant adjacente à deux parois latérales 28a, 28b de forme complémentaire aux parois 23a, 23b, le poinçon 26 étant monté coulissant avec un jeu réduit par ses parois 28a, 28b entre les parois 23a, 23b qui en assurent le guidage. Les parois latérales 28a, 28b sont adjacentes à des surfaces d'appui respectivement 29a, 29b qui arrivent contre The assembly 10 + 15 + 16 is then placed in the female part 21 of a mold 20, the bottom wall 22 having the shape of the outer surface of the sidewall 2 of the part 1, the wall of the bottom 22 being adjacent to two sidewalls 23a, 23b, said sidewalls 23a, 23b being parallel and extending by respectively flared sidewalls 24a, 24b adjacent to a bearing surface 25a, 25b respectively. The mold 20 also comprises a male part or punch 26 whose end 27 is a wall in the shape of the outer surface of the sidewall 3 of the part 1, this wall 27 being adjacent to two side walls 28a, 28b of complementary shape to the 23a, 23b walls, the punch 26 being slidably mounted with a clearance reduced by its walls 28a, 28b between the walls 23a, 23b which provide guidance. The side walls 28a, 28b are adjacent to bearing surfaces respectively 29a, 29b which come against
les surfaces d'appui 25a, 25b de la partie femelle 21. the bearing surfaces 25a, 25b of the female part 21.
L'ensemble est entouré par une couche de feutre 30 et par une enveloppe souple ou sac 31 étanche connecté par un ajutage 32 à une source de dépression d'air 33. Le tout est disposé entre les deux plateaux 34, 35 d'un four presse non The assembly is surrounded by a layer of felt 30 and a flexible envelope or sealed bag 31 connected by a nozzle 32 to a source of air depression 33. The whole is arranged between the two plates 34, 35 of an oven press no
représenté.represent.
On se reportera maintenant à la figure 2. Les extrémités 12b des barreaux 11 dépassent de chaque côté du noyau 10 et sont prises entre deux mores 40, 41 arrivant au contact l'un de l'autre par une surface de séparation 42, lesdits mores étant assemblés par des vis 43. Les blocs 40, 41 sont positionnés dans une cavité 44 du moule 20 débouchant sur l'extérieur, ladite cavité 44 ayant une forme complémentaire aux mors 40, 41 avec un jeu e d'environ 0,2 mm. L'intérieur de la cavité 44 comporte deux épaulements 45 permettant de positionner longitudinalement les mors 40, 41. La partie débouchante de la cavité 44 est comblée par un tampon de fente 46. On comprend que le jeu e met en communication la masse de matière composite 15, 16 avec le feutre 46 et permet d'évacuer l'excédent de résine tout en maintenant une pression interne suffisante. L'autre extrémité de l'ensemble non représentée est symétrique de l'extrémité représentée sur la figure 2. La distance entre la paire de mors 40, 41 et la paire de mores non représentée à l'autre extrémité est égale Referring now to FIG. 2, the ends 12b of the bars 11 protrude from each side of the core 10 and are taken between two mores 40, 41 coming into contact with one another via a separation surface 42, said mores being assembled by screws 43. The blocks 40, 41 are positioned in a cavity 44 of the mold 20 opening outwards, said cavity 44 having a shape complementary to the jaws 40, 41 with a clearance e of about 0.2 mm . The interior of the cavity 44 has two shoulders 45 for positioning the jaws longitudinally 40, 41. The opening portion of the cavity 44 is filled by a slot buffer 46. It is understood that the game e communicates the mass of material composite 15, 16 with the felt 46 and allows to evacuate the excess resin while maintaining sufficient internal pressure. The other end of the assembly not shown is symmetrical with the end shown in FIG. 2. The distance between the pair of jaws 40, 41 and the pair of mores not shown at the other end is equal to
à la longueur L du noyau 10.at the length L of the core 10.
En l'espèce, les noyaux 10 sont en élastomère-silicone de dureté 70 shore A avec une température de fragmentation T2 de 290 C et un coefficient de dilatation thermique égal à 400.10-6/C'On utilise dans cet exemple des fibres de carbone dont le coefficient de dilatation thermique est sensiblement nul jusqu'à 300 C. Ces fibres sont constituées en tissus et préimprégnées de résine polymérisable à chaud "PMR 15", "PMR 15" étant une marque de la société FIBERITE-USA. Cette résine a une température T1 de transition de l'état pateux à l'état solide égale à 280 C et une température T3 de durcissement de In this case, the cores 10 are made of silicone elastomer of hardness 70 Shore A with a T2C fragmentation temperature of 290 ° C. and a coefficient of thermal expansion equal to 400 × 10 -6 / C. In this example, carbon fibers are used. whose coefficients of thermal expansion are substantially zero up to 300 C. These fibers consist of fabrics and prepregs of "PMR 15" heat-curable resin, "PMR 15" being a trademark of the company FIBERITE-USA. This resin has a transition temperature T1 of the pasty state in solid state equal to 280 C and a temperature T3 of hardening of
la résine égale à 320 C.the resin equal to 320 C.
Le procédé de fabrication de la pièce 1 comporte les opérations essentielles suivantes: a) constitution des noyaux 10 par extrusion et coupe à la longueur L, b) introduction d'un barreau métallique 11 dans chaque noyau , les extrémités 12b des barreaux 11 débordant de chaque côté du noyau 10, c) drapage d'au moins une couche 15 de fibres préimprégnées de résine autour des noyaux 10, d) saisie et réunion des ensembles barreaux 11 + noyaux 10 + couches préimprégnées 15 entre les mores 40, 41 par une extrémité 12b des barreaux 11 et serrage des mores 40, 41 par les vis 43 e) répétition de l'opération avec une seconde paire de mores 40, 41 à l'autre extrémité 12b de ces mêmes barreaux 11, f) drapage de l'ensemble ainsi obtenu par au moins une couche 16 de fibres préimprégnées de résine, g) mise de l'ensemble dans la partie femelle 21 du moule 20, et fermeture du moule 20 avec la partie male 26, h) mise en place des tampons de feutre 46 à l'entrée des cavités 44 du moule 20, mise en place successivement autour du moule 20 de la couche de feutre 30 et du sac étanche 31 avec l'ajutage 32, et disposition de l'ensemble entre les The manufacturing process of the piece 1 comprises the following essential operations: a) constitution of the cores 10 by extrusion and cutting to the length L, b) introduction of a metal bar 11 in each core, the ends 12b of the bars 11 overflowing with each side of the core 10, c) draping at least one layer 15 of resin prepreg fibers around the cores 10, d) seizing and joining the sets of bars 11 + cores 10 + pre-impregnated layers 15 between the mores 40, 41 by a end 12b of the bars 11 and clamping the mores 40, 41 by the screws 43 e) repetition of the operation with a second pair of mores 40, 41 at the other end 12b of these same bars 11, f) draping the assembly thus obtained by at least one layer 16 of resin preimpregnated fibers, g) placing the assembly in the female portion 21 of the mold 20, and closure of the mold 20 with the male portion 26, h) setting up buffers of felt 46 at the entrance of cavit 44 of the mold 20, placed successively around the mold 20 of the felt layer 30 and the sealed bag 31 with the nozzle 32, and arrangement of the assembly between the
plateaux 34, 35 du four-presse non représenté. trays 34, 35 of the oven-press not shown.
Le cycle thermique est celui de polymérisation de la résine. The thermal cycle is that of polymerization of the resin.
La montée en température s'accompagne de la dilatation des noyaux 10 et du rapprochement des parois 22 et 27 du moule 20 entre elles et par rapport aux noyaux 10 ce qui provoque la compression des couches 15, 16 de fibre préimprégnée. Le rapprochement des parois 22 et 27 s'effectue par le coulissement du poinçon 26 entre les parois 23a, 23b de la partie femelle 21 du moule 20, jusqu'à ce que les surfaces d'appui 25 et 29 arrivent au contact l'une de l'autre, ce qui positionne avec précision les parois 22 et 27 du moule entre elles et par rapport aux noyaux 10, et garantit la précision et la qualité des surfaces extérieures des deux flancs 2 et 3, ainsi que la précision des dimensions et du positionnement des cavités 7 par rapport aux flancs 2 et 3. Le coulissement s'effectue sous l'effet combiné de la pression exercée par les plateaux 34, 35 du four presse et de la pression The rise in temperature is accompanied by the expansion of the cores 10 and the approximation of the walls 22 and 27 of the mold 20 between them and with respect to the cores 10 which causes the compression of the layers 15, 16 of preimpregnated fiber. The walls 22 and 27 are brought together by sliding the punch 26 between the walls 23a, 23b of the female part 21 of the mold 20, until the bearing surfaces 25 and 29 come into contact with each other. on the other, which accurately positions the walls 22 and 27 of the mold between them and with respect to the cores 10, and guarantees the accuracy and quality of the outer surfaces of the two sides 2 and 3, as well as the accuracy of the dimensions and the positioning of the cavities 7 with respect to the sidewalls 2 and 3. Sliding takes place under the combined effect of the pressure exerted by the trays 34, 35 of the press furnace and the pressure
atmosphérique s'exerçant sur le sac 31 mis en dépression. atmospheric exerted on the bag 31 put in depression.
Sous l'effet de la pression, l'excédant de résine s'évacue dans les cavités 44 autour des mores 40, 41 par le jeu e qui est laissé entre lesdits mores 40, 41 et les parois desdites cavités 44, la résine venant s'accumuler dans les tampons de feutre 46. En cas de besoin, l'homme du métier peut aussi prévoir des cavités complémentaires non représentées dans le Under the effect of the pressure, the excess of resin is evacuated in the cavities 44 around the mores 40, 41 by the clearance e which is left between said mores 40, 41 and the walls of said cavities 44, the resin coming from accumulate in the felt pads 46. If necessary, the skilled person may also provide additional cavities not shown in the
moule pour recevoir l'excédent de résine. mold to receive the excess resin.
La résine encore liquide émet sous l'effet de la polymérisation des gaz qui doivent impérativement être The still liquid resin emits under the effect of the polymerization of the gases which must imperatively be
évacués pour éliminer les porosités de la matière composite. evacuated to remove the porosities of the composite material.
Cette évacuation est facilitée par la mise en dépression du sac 31 à partir de l'ajutage 32, cette dépression se transmettant jusqu'à la résine par l'intermédiaire du feutre disposé entre le sac 31 et le moule 20, entre les parois This evacuation is facilitated by the depression of the bag 31 from the nozzle 32, this depression being transmitted to the resin through the felt disposed between the bag 31 and the mold 20 between the walls.
23ab et 28ab, et par les tampons de feutre 46 et le jeu e. 23ab and 28ab, and by the felt pads 46 and the game e.
Avantageusement aussi on peut percer les mores 40, 41 par une pluralité de trous coniques 47 mettant en communication la matière composite avec les tampons de feutre 46, afin de Advantageously also the mores 40, 41 can be pierced by a plurality of conical holes 47 placing the composite material in communication with the felt pads 46, in order to
faciliter l'évacuation de la résine en excédant et des gaz. facilitate the evacuation of the resin by exceeding and gases.
La conicité des trous 47 facilite l'enlèvement de la résine The taper of the holes 47 facilitates the removal of the resin
durcie après le moulage.hardened after molding.
Lorsque la température T de la matière composite a atteint la température T1 = 280 C de transition entre l'état pâteux et l'état solide, les noyaux d'élastomère-silicone 10 ont atteint par dilatation thermique les dimensions des cavités 7 à obtenir ce qui en garantit la précision. A T > Tl, la matière composite solidifiée maintenue par les parois 22, 27 du moule 20 s'oppose à la dilatation des noyaux 10 dont la matière commence à se réticuler. Lorsque la température T a atteint la température T2 = 290 de fragmentation de l'élastomère,les noyaux 10 commencent à se désagréger et n'exerceront plus de pression sur la matière composite.La l1 polymérisation peut alors se poursuivre jusqu'à la When the temperature T of the composite material has reached the transition temperature T1 = 280 ° C between the pasty state and the solid state, the elastomer-silicone cores 10 have reached by thermal expansion the dimensions of the cavities 7 to obtain this which guarantees the accuracy. At T> Tl, the solidified composite material held by the walls 22, 27 of the mold 20 opposes the expansion of the cores 10 whose material begins to crosslink. When the temperature T has reached the temperature T2 = 290 of fragmentation of the elastomer, the cores 10 begin to disintegrate and no longer exert pressure on the composite material. The polymerization can then continue until the
température de durcissement de la résine T3 = 320 C. curing temperature of the resin T3 = 320 C.
L'ensemble est ensuite démoulé à chaud pour que le moule 20 en se contractant avec la diminution de la température ne vienne pas écraser la matière composite qui est maintenant solidifiée et durcie. Ensuite, on casse et on enlève les masses de résine en excédant, on démonte les mors 40, 41, on retire les barreaux 11 et on élimine mécaniquement la matière des noyaux 10 fragmentée à l'intérieur des cavités 7 par tout The assembly is then demolded hot so that the mold 20 by contracting with the decrease in temperature does not crush the composite material which is now solidified and hardened. Then, the resin masses are broken and the excess is removed, the jaws 40, 41 are removed, the bars 11 are removed and the material of the fragmented cores 10 is mechanically removed inside the cavities 7 by any
moyen mécanique non abrasif: grattage, soufflage, lavage. non-abrasive mechanical means: scraping, blowing, washing.
Avec un tel procédé, un bras de carter de turbomachine ayant une longueur L = 400 mm et une largeur de 12 mm, les flancs 2, 3 ayant une épaisseur de deux millimètres, a été obtenue brute de moulage avec une précision géométrique de 0,2 mm et des surfaces intérieures et extérieures parfaitement lisses, les reprises mécaniques étant limitées à l'ébaburage de la résine durcie le long des lignes d'évacuation de ladite résine en excédant, ainsi qu'aux perçages de trous de With such a method, a turbomachine casing arm having a length L = 400 mm and a width of 12 mm, the flanks 2, 3 having a thickness of two millimeters, was obtained rough molding with a geometric accuracy of 0, 2 mm and perfectly smooth interior and exterior surfaces, the mechanical recoveries being limited to the debugging of the resin hardened along the lines of evacuation of said resin exceeding, as well as to the holes of
fixation aux extrémités de la pièce 1. fastening to the ends of the piece 1.
La porosité de la matière composite a été ramenée à 2% grâce à la combinaison des compressions centripète et centrifuge de ladite matière composite et à la mise en dépression du sac 31. Grâce à la résine employée, la pièce 1 est utilisable à une température de service de 280 C et peut supporter The porosity of the composite material has been reduced to 2% by virtue of the combination of centripetal and centrifugal compression of said composite material and to the depression of the bag 31. Thanks to the resin used, the piece 1 can be used at a temperature of 280 C service and can withstand
temporairement une température atteignant 325 C. temporarily a temperature up to 325 C.
L'invention n'est pas limitée à l'exemple de réalisation qui vient d'en être donné, mais en couvre au contraire les variantes qui pourraient lui être apportées au niveau de la pièce à obtenir et des moyens à mettre en oeuvre: Bien évidemment, les noyaux peuvent être de nombre et de forme variable selon la pièce à obtenir, et les trous par lesquels débouchent les cavités peuvent être de dimension réduite par rapport auxdites cavités. L'utilisation des barreaux 11 n'est pas nécessaire lorsque les noyaux 10 sont courts et donc peu exposés à la flexion. On utilisera alors un élastomère plus dur afin de prévenir des déformations éventuelles desdits noyaux. Dans le cas ou la pièce 1 ne comporte qu'une cavité, on peut à la limite n'utiliser qu'une seule couche de fibre préimprégnée de résine. Dans le cas de pièces applaties, la compression centripète sera faite sur les flancs 2, 3 de la The invention is not limited to the embodiment which has just been given, but on the contrary covers variants that could be made to him at the level of the piece to obtain and means to implement: obviously, the cores may be of varying number and shape depending on the part to be obtained, and the holes through which the cavities open may be reduced in size relative to said cavities. The use of the bars 11 is not necessary when the cores 10 are short and therefore not exposed to flexion. A harder elastomer will then be used to prevent any deformation of said cores. In the case where the part 1 has only one cavity, it is possible to use only one layer of resin prepreg fiber. In the case of flattened parts, the centripetal compression will be made on the flanks 2, 3 of the
pièce 1.room 1.
Dans cet exemple, les parois des cavités sont formées de lignes géométriques parallèles, ce qui a permis d'obtenir des noyaux 10 directement par extrusion et coupe à la longueur L. Dans le cas de cavités de forme plus quelconque, par exemple en tonnelet, le noyau 10 sera obtenu par moulage. On remarquera que les barreaux métalliques 11 peuvent être omis dans le cas des noyaux 10 de forme ramassée, le noyau 10 pouvant être rigidifié par le choix d'un élastomère de dureté shore A plus élevée, ou par inclusion de microbilles dans l'élastomère. Les trous mettant en communication les cavités avec l'extérieur peuvent être de dimensions réduites, puisque les noyaux s'effritent pendant le cycle thermique de polymérisation, ce qui simplifie ensuite l'enlèvement de la In this example, the walls of the cavities are formed of parallel geometric lines, which made it possible to obtain cores 10 directly by extrusion and cut to the length L. In the case of cavities of any shape, for example in a cask, the core 10 will be obtained by molding. It will be noted that the metal bars 11 may be omitted in the case of the cores 10 of compacted form, the core 10 being able to be stiffened by the choice of an elastomer having a higher Shore A hardness, or by inclusion of microbeads in the elastomer. The holes communicating the cavities with the outside may be reduced in size, since the cores crumble during the thermal polymerization cycle, which then simplifies the removal of the
matière les composant.material composing them.
L'utilisation conjointe du sac 31 mis en dépression et du four presse permet d'atteindre la pression de 8 bars requise The joint use of the vacuum bag 31 and the press furnace makes it possible to reach the pressure of 8 bars required.
pour la compression de la résine employée dans cet exemple. for compression of the resin used in this example.
On peut aussi utiliser une presse ordinaire et un moule chauffé par exemple avec les résistances électriques. Dans le cas o la résine n'exigerait qu'une compression inférieure à un bar, cette compression peut être obtenue sans presse sous It is also possible to use an ordinary press and a heated mold, for example with electrical resistors. In the case where the resin requires only a compression less than one bar, this compression can be obtained without press under
le seul effet de la pression atmosphérique. the only effect of atmospheric pressure.
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